在分子生物学中，由氢键连接的互补DNA或RNA链上的两个核苷酸称为碱基对。DNA中最典型的是沃森-克里克碱基对。腺嘌呤(A)通过两个氢键与胸腺嘧啶(T)形成碱基对，鸟嘌呤(G)通过三个氢键与胞嘧啶(C)形成碱基对。在RNA中，胸腺嘧啶被尿嘧啶(U)取代。Vosson-crick碱基配对也是tRNA分子上的抗密码子在蛋白质翻译过程中识别mRNA密码子的机制。

DNA是所有生物遗传信息的储存和载体，沃森-克里克碱基对在双螺旋DNA的形成和遗传信息的储存中起着至关重要的作用。

背景

氢键是碱基配对的基础，在Vosson-Crick碱基对的情况下，G-C比例较高的DNA双链比G-C比例稍低的DNA双链更稳定。嘌呤通常只与嘧啶互补，因为嘧啶-嘧啶配对在能量上是不利的，因为分子相距太远，无法形成氢键；嘌呤-嘌呤配对在能量上也是不利的，因为分子之间距离太近，导致重叠排斥。嘌呤和嘧啶对如A- t和G-C或UA (RNA)可以形成稳定的双链结构。此外，其他嘌呤-嘧啶对如A-C、G-T或U-G (RNA)由于供体和受体氢键不匹配而不能形成稳定的碱基对。RNA中存在摆动碱基对，如G-U碱基对。

DNA和RNA链在室温下相对稳定，稳定程度可以通过变性温度/熔融温度(Tm)来衡量，此时双链被打开变成单链。Tm通常由分子长度(不匹配程度)和G-C碱基对含量的百分比决定。G-C含量越高，Tm越高。这就是嗜热热菌等极端微生物基因组富含G-C碱基对的原因之一。相反，需要频繁分离的基因组区域，如频繁转录的基因启动子区域，往往具有较低的G-C碱基对百分比。在设计PCR引物时，G-C含量也是重要的参考指标。

[00:10 . 10]沃森-克里克碱基对在双螺旋DNA的形成和遗传信息的储存中起着至关重要的作用。腺嘌呤和胸腺嘧啶之间可以形成两个氢键，鸟嘌呤和胞嘧啶之间可以形成三个氢键，被称为经典的沃森-克里克碱基对。

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碱基对稳定性

]基本概念

在分子生物学中，Wobble碱基对是沃森-克里克碱基对以外的一种碱基对形式。Wobble碱基对主要有四种类型：鸟嘌呤-尿嘧啶、肌苷-尿嘧啶、肌苷-腺嘌呤和肌苷-胞嘧啶(分别缩写为GU、IU、IA和IC)。Wobble碱基对的稳定性在热力学上与沃森-克里克碱基对相似。

摇摆碱基对假说

遗传密码中有64个可能的密码子(三核苷酸序列)，每个密码子都需要一个带有互补反密码子的tRNA分子进行翻译。如果每个tRNA分子通过典型的沃森-克里克碱基对与其互补的mRNA密码子配对，则需要64个tRNA分子。在标准遗传密码中，这64个mRNA密码子中有3个(UAA、UAG和UGA)是停止密码子，典型的配对需要61个trna。由于大多数生物体的tRNA种类少于45种，一些tRNA种类必须与多个密码子配对。

1966年，弗朗西斯克里克提出了“摆动假说”来解释这一现象。他认为，反密码子上的5'碱基与mRNA上的3'碱基结合，不像其他碱基对那样受到空间限制，因此可能存在非经典碱基对。最后，弗朗西斯克里克提出了“摇摆假说”。

经典沃森-克里克碱基对

基本概念

Hoogsteen碱基对是核酸中碱基配对的变体，如A•T对。这两个核碱基可以通过主基团中的氢键结合在一起。例如，Hoogsteen碱基对利用嘌呤碱基的N7位置(作为氢键受体)和C6氨基(作为供体)，结合嘧啶碱基的沃森-克里克(N3-C4)面。

胡格斯汀碱基对的发现

在沃森和克里克发表他们的DNA双螺旋模型十年后，荷兰出生的美国生物化学家喀斯特胡格斯汀(Karst Hoogsteen)报道了一种全新的复合体晶体结构，其中A和T的类似物形成的碱基对的几何形状与沃森和克里克所描述的不同(见右图)。Hustein指出，如果DNA中存在另一种氢键模式，那么双螺旋结构就会呈现出完全不同的形状。

假尿嘧啶(5-核糖嘧啶)是最丰富的核苷酸之一。它存在于转运体、核糖体、核仁和小核仁rna (snoRNAs)中，可能在结构和功能中起关键作用。一些热力学数据表明，伪尿嘧啶()在取代U并形成-A、-G、-U和-C对时可以稳定RNA双链。例如，尿嘧啶的糖苷键从N1到C5的异构化增强了碱基旋转，并允许N1和N3亚胺质子充当氢键供体。除了经典的Watson-Crick碱基对A-T和C-G碱基对，以及后来发现的一些非标准碱基对外，后续的研究还创造了非自然碱基对，非自然碱基对也是非自然碱基对/UBP。1962年，亚历山大里奇提出，如果一个额外的碱基对可以选择性地复制、转录和翻译自然沃森-克里克碱基对，就有可能扩展遗传密码。因此，非自然碱基对的创造是合成生物学中一个具有挑战性和理想的研究课题。

1989年，Benner和他的团队报告了第一个通过实验验证的非自然碱基对，其中一个是iG-iC配对。不幸的是，由于iG的互变异构性，这种人工碱基对在复制时的保真度不是很高，事实上，很多非天然的碱基对在PCR中会被取代。后来，经过研究人员的努力，成功合成了高保真度的人工碱基对

(如右图所示)其中包括Lemoto先生研究团队的Ds-Pa和Ds-Px碱基对；Romesberg研究组5sci - mmo2和5sci - nam碱基对相关研究；Benner的团队后来研究了Z-P碱基对等等。北海道大学的松田彰教授的研究小组也报告了一个由四个氢键连接的碱基对。转载于：搜狗科学baike.sogou.com/kexue/d24983928527926798.htm，本内容采用CC - BY - sa3.0授权，用户转载请注明出处